運用正交試驗優化Gr2鈦管（T0.5mm）焊接工藝參數

摘 要：應用正交試驗分析焊接電流、焊接電壓和電極尺寸對Gr2鈦管（T0.5mm）焊接質量的影響，優化焊接工藝參數，提高了焊接成品率。優化結果：焊接電流190-210A ，焊接電壓11V，電極直徑0.8mm。

關鍵詞：正交試驗；方差分析；Gr2（T0.5mm）鈦焊接管；參數優化

引言

Gr2鈦焊接管（T0.5mm）以其優異的耐海水腐蝕性能、較好的換熱性能以及適宜的塑性和強度，逐步取代不銹鋼焊接管使用于以海水為交換介質的管式熱交換器、冷凝器中，再加上焊接管制造工藝的高生產效率、無長度限制等優點，使其在濱海核電站及海水淡化領域的應用越來越廣泛[1]。

由于T0.5mm Gr2鈦焊接管的壁厚較薄，焊接難度高，易造成焊接缺陷，而影響焊接質量的三個主要因素焊接電流、焊接電壓，電極尺寸之間相互作用，相互影響，現有焊接工藝參數規定范圍過寬，可依據性差。因此，為保證穩定、可靠地制造出滿足ASTM B 338要求的產品，迫切需要優化焊接工藝參數。

1 實驗材料與方法

1.1材料：

ASTM B Grade2 T0.5mm鈦帶 （EB熔煉、熱軋、冷軋加工），制造商TIMET。

1.2設備：

AIR LIQUIDE TIG400i電焊機（氬氣保護）、科新WDW3100 10T電子萬能材料試驗機、Krautkramer Branson USD15超聲波探傷儀、CMS Zet@Premiun渦流探傷儀。

1.3方法[2]：

選用L18（61×36）正交表，以焊接電流、焊接電壓和電極尺寸為試驗因素，制定因素位級（表1）。

表1 因素位級表

為使試驗結果以數字化的形式表現出來，制定試驗結果判定標準[3]（表2）。

表2 試驗結果判定表

2 結果與分析

2.1 試驗結果及計算

按計劃方案進行18次試驗，按表2給出的判定標準打分，對試驗數據進行統計計算，結果見表3。

2.2數據分析

1）直接比較：直接比較18次試驗的綜合評分可以看出，第8號試驗和第11號試驗的效果最好，綜合評分最高，找出好條件為A3B2C2。

2）通過計算：通過計算找到的好條件為A4B2C2。

3）從極值R可以看出對焊接質量影響程度依次為：A（焊接電流）、C（電極尺寸）、B（焊接電壓）。

2.3 方差分析[4]

由于整個試驗只考慮了因素位級（或交互作用）對指標的影響，而忽視了試驗誤差，同時，對影響試驗的各因素的顯著性不能給出精確的定量估計，為解決此問題，運用正交試驗設計的方差分析，計算數據見表4。

表4 方差分析表

2.4 驗證

為慎重起見，驗證所確定工藝參數的正確性，焊接電流分別取190A、200A、210A，焊接電壓取11V，電極尺寸取0.8m，各進行1000米焊接工藝試驗，通過各種試驗、檢驗，三組產品焊接質量無明顯差別。

經統計，優化工藝試驗產品合格率較優化前提高了6.63%，對比情況見圖1。

圖1 焊接工藝優化前后產品合格率對比圖

3 研究結論

本文的主要結論為：

（1）焊接電流對焊接質量有顯著影響，是關鍵因素。

（2）Gr2鈦管（T0.5mm）焊接工藝參數為：焊接電流190-210A ，焊接電壓11V，電極直徑0.8mm；

參考文獻

[1]《稀有金屬材料加工手冊》編寫組. 稀有金屬材料加工手冊[M].北京：冶金工業出版社，1984，P49-54.

[2]中國質量管理協會培訓教育部. 質量管理統計方法[M].北京：企業管理出版社，1986，P224-254.

[3]ASTM Technical Committee. ASTM B 338. Standard Specification for Seamless and Welded Titanium and Titanium Alloy Tubes for Condensers and Heat Exchangers[S]. United States：ASTM International，2010.

[4]賈俊平，何曉群，金勇進. 統計學[M].北京：中國人民大學出版社，2004，P257-266.

作者簡介：劉軼群（1970-），男，碩士研究生，工程師。